|
Научная визуализация
| Год выпуска: | 2013 |
| Квартал: | 3 |
| Том: | 5 |
| Номер: | 3 |
| Страницы: | 17 - 39 |
|
| Название публикации: |
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕФРАКЦИИ ПЛОСКОГО ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА В ОПТИЧЕСКИ НЕОДНОРОДНЫХ СРЕДАХ |
| Авторы: |
М. Кузьмичева (Россия), И. Расковская (Россия), Б. Ринкевичюс (Россия) |
| |
Статья рекомендована к печати программным комитетом 12-й международной научно-технической конференции "Оптические методы исследования потоков" (ОМИП-2013). |
| Адреса авторов: |
М. Кузьмичева
m_s_h@mail.ru
Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва, Россия
И. Расковская
raskovskail@mail.ru
Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва, Россия
Б. Ринкевичюс
rinkevbs@mail.ru
Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва, Россия |
| Краткое описание: |
Для экспериментального исследования физических процессов в жидкостях и газах разработан метод лазерной рефрактографии, заключающийся в зондировании исследуемой среды структурированным лазерным излучением, цифровой регистрации прошедшего излучения и компьютерной обработке рефракционных картин (рефрактограмм) с целью восстановления свойств среды. Наиболее широко используемым является метод визуализации и количественной диагностики прозрачных оптически неоднородных сред, основанный на явлении рефракции плоско-структурированного лазерного излучения.
Математическое моделирование и экспериментальная визуализация рефракционных картин, являются основополагающими методами исследования при проведении количественной диагностики оптически неоднородных сред.
В общем случае диагностики объемных трехмерных неоднородностей показателя преломления в условиях сильной рефракции актуальной является разработка специализированных численных алгоритмов построения лучевых траекторий структурированного излучения в рамках законов геометрической оптики. В работе представлены результаты реализации такого алгоритма и визуализированы траектории лучей плоского пучка в неоднородных средах разного типа (3D-рефрактограммы).
Однако, при наличии сложной лучевой картины в среде, формировании каустик и необходимости учета дифракционных эффектов для расчета интенсивности поля лучевой подход оказывается несостоятельным и требуется применение волновых методов. Для этих случаев разработан и использован алгоритм расчета рефрактограмм на основе волнового уравнения. В работе представлены результаты реализации численного алгоритма вычисления интеграла Кирхгофа и визуализированы 2D-рефрактограммы плоского пучка в неоднородных средах различного типа: тепловые неоднородности в воде и диффузионный слой в солестратифицированной среде.
Приведены схемы рефрактографических компьютерно-лазерных систем и результаты экспериментальной визуализации 2D и 3D- рефрактограмм плоского пучка для визуализации тепловых пристеночных процессов в воде. Приведены результаты количественной диагностики пристеночного температурного слоя в воде и диффузионного слоя в солестратифицированной жидкости. При наличии теоретической модели процесса использование цифровых методов регистрации и обработки рефрактограмм позволяет решать обратную задачу восстановления профиля неоднородности температуры или концентрации и проводить количественную диагностику неоднородной среды одновременно с ее визуализацией.
Разработанная методика экспериментальной визуализации структурированного лазерного излучения может использоваться для мониторинга тепловых процессов в жидкости, газе и плазме, естественной конвекции в жидкости около нагретых или охлажденных тел, количественной диагностики полей концентрации и температуры в пограничном слое, процессов перемешивания различных жидкостей в аппаратах химической технологии, диагностики стратифицированных жидкостей, акустических полей и других физических процессов, влияющих на значения их показателя преломления. |
| Язык: |
Русский |
|
|
|
